CN103743886A - 侧向位移式多功能模型槽实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种侧向位移式多功能模型槽实验系统，该模型槽实验系统包括有模型槽部分、实验加载部分、量测部分，模型槽部分与实验加载部分通过螺栓连接，量测部分通过螺钉固定在模型槽部分上。本发明的效果是该实验系统可根据具体的实验要求进行多种试验。调整活动挡板墙的姿态可做各种位移模式的相关实验；限制活动挡墙位置，可实现不同尺寸的模型槽实验；去掉活动挡板可实现无侧限情况下的相关实验；将活动挡板墙替换成破口材质的板材则模拟隧道开挖相关实验；将活动挡板墙固定可做各种桩基地基实验；配上降雨设备即可模拟有关降雨的相关问题；外表量测系统直观的看到实验效果，反力架的反力平衡使得实验系统具有更好的独立性，降低了实验的实施难度。

Description

侧向位移式多功能模型槽实验系统

技术领域

本发明涉及一种室内模型实验的模型槽，特别是关于岩土工程领域的侧向位移式多功能模型槽实验系统。

背景技术

随着我国城市建设步伐的加快，超大超高建筑不断涌现，与建筑物地基的课题也就成为目前的研究热点。由于模型试验能很好的模拟预测建筑物场地的受力和变形，因此成为当今研究的一种有效途径，而模型试验中模型槽实验系统是进行岩土工程领域相关课题的主要室内模型试验载体。

目前已有的模型槽主要针对单个课题设计的，实验结束，模型槽就不能再被用于其它实验，造成很大程度上的资源浪费。其次是模型槽的大小不均，一般都是固定的单一尺寸，不能根据实验要求进行灵活的调整。有的大型模型槽用混凝土等砌筑而成，不能被方便的移动，灵活性很差。而模型试验的加载系统和量测系统都是与模型槽分离的，这样使得实验过程出现很多操作不便。

鉴于以上各种情况，如何设计一种大型多功能的模型槽室内实验系统，成为业内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种侧向位移式多功能模型槽实验系统，使得岩土工程领域模型试验所用的模型槽能被重复有效的使用。

本发明解决上述技术问题的技术方案是提供一种侧向位移式多功能模型槽实验系统，其中：该模型槽实验系统包括有模型槽部分、实验加载部分、数据量测部分；模型槽部分与实验加载部分通过螺栓连接，数据量测部分通过螺钉固定在模型槽部分上。

本发明的效果是：本实验系统可以根据技术人员具体的实验要求进行多种试验。调整活动挡板墙的姿态就可以做各种位移模式的相关实验；适当的限制活动挡墙位置，可以实现不同尺寸的模型槽实验；去掉活动挡板可以实现无侧限情况下的相关实验；将活动挡板墙替换成可以破口材质的板材就可以模拟隧道开挖相关实验；将活动挡板墙固定还可以做各种桩基等地基实验；配上降雨设备即可模拟有关降雨影响的相关的研究课题；外表量测系统可以直观的看到实验效果，同时借助于超高透明度PVC板可以在实验过程中实现有效的实验控制；反力架采用自反力平衡设计，使得实验系统具有更好的独立性，大大降低了实验的实施难度；位移控制系统使得实验能更有效的控制。

附图说明

图1为本发明的模型槽实验系统三维视图；

图2为本发明的模型槽实验系统部件组装视图；

图3为本发明的模型槽实验系统正视图；

图4为本发明的模型槽实验系统俯视图；

图5为本发明的模型槽实验系统侧视图；

图6为本发明的模型槽实验系统反力架细部构造图；

图7为本发明的模型槽实验系统活动挡板墙。

图中：

1、外框架  2、透明PVC板  3、活动挡板墙  4、底板  5、背板

6、加劲肋   7、反力架   8、钢垫板  9、位移控制螺杆 10、导向杆

11、拉撑    12、连接螺栓    13、角钢格栅    14、过渡力撑

15、位移控制螺母    16、斜撑    17、托架   18、垫片

具体实施方式

结合附图对本发明的侧向位移式多功能模型槽实验系统结构加以详细说明。

本发明的侧向位移式多功能模型槽实验系统包括有模型槽部分、实验加载部分、数据量测部分，模型槽部分与实验加载部分通过螺栓12连接，数据量测部分通过螺钉固定在模型槽外框架1上。

如图1和2所示，模型槽部分包括长方体的槽体，所述槽体包括外框架1、PVC板2、活动挡板墙3、底部钢板4和背侧钢板5、加劲肋6、拉撑11。

所述外框架1通过角钢连接而成，PVC板2通过螺钉固定在外框架1的两外侧加劲肋6上，活动挡板墙3放在外框架1内侧长度方向端部，底部钢板4和背侧钢板5焊接在外框架1内侧的底部和背侧。为了满足实验对模型槽整体刚度的要求，在外框架1两外侧长度方向分别设置相互垂直的竖向和水平的加劲肋6，如图4所示。在外框架1两外侧竖直方向焊接工字型钢作为加劲肋6，同时沿着长度方向在两侧加上一道水平向工字型钢的加劲肋6，如图5所示，交叉部位采用缺口焊，保证内侧齐平光滑。外框架的背侧设有竖向的加劲肋6，底板4和背板5的钢板都采用焊接的形式固定在外框架1上面，考虑到模型槽顶部的开放与底部钢板4与外框架1全焊的不对称性。在外框架1顶部通过螺栓连接有两道角钢制作的拉撑11。

其中，所述PVC板2的内侧粘贴有坐标网格纸，顶侧画有刻度线。为了能考虑模拟实际工程土体的排水固结，在两块透明PVC板2上开洞，并设计有阀门控制是否排水，还可以通过阀门进行调节排水量以及排水路径。

其中，所述活动挡板墙3包括垫板8、导向杆10、格栅13、过渡力撑14，如图3和图7所示。考虑到活动挡墙3要承受千斤顶的作用，在活动板墙3的外侧通过焊接的形式加上“田”字形角钢格栅13，接着在格栅13内部焊接过渡力撑14，形成嵌套的两个“田”字形加强肋，在内部“田”字形加强肋上焊接一块钢垫板8，用来传递千斤顶的推力，使活动挡板墙3受力和传力更合理。导向杆10为“L”形杆，如图4所示，其中一端穿透活动挡板墙3，另一端焊接在外框架1两外侧的加劲肋6上。

加载部分包括千斤顶、反力架7和位移控制器9，如图6所示。

其中，所述反力架7的设计采用可拆卸的灵活性设计理念，反力架7截面为“［”形，用工字型钢和槽钢焊接而成，拐角处焊接钢构件作为斜撑16，增加反力架7的整体刚度，考虑到千斤顶的放置要求底部平整，在反力架7横梁上焊两块垫片18，整个反力架7与外框架1的连接通过四组连接螺栓12实现；考虑到千斤顶的固定形式，水平加载时需要在反力架7上加上水平托架17，由于托架17仅需提供抵抗千斤顶本身自重即可，托架17采用两根短钢筋焊接在反力架7的横梁钢板上。

其中，所述位移控制器9由位移控制器螺杆和两组的四个位移控制螺母15组成，如图6所示，位移控制器9的螺杆穿过反力架7横梁，位移控制器9螺杆上的四组位移控制螺母15分布在反力架7横梁两侧。所述位移控制系统，就是通过带螺纹的长螺杆9顶着活动挡墙3，避免活动挡板墙3后退，长螺杆9的末端焊接旋转把手，这样就可以通过手动旋转把手控制螺杆9的前进和后退，螺杆9通过四组螺母15紧固在反力架7上，这样就可以防止螺杆的后退，进而实现按照实验要求控制活动挡墙3的前进位移。

所述数据量测部分包括外表量测部分、内部量测部分以及数据采集部分。所述外表量测部分主要是在模型槽槽体以及槽内土体的外表面布置，内部量测部分主要置于槽内土体。所述外表量测部分主要包括直观现象观测和外部特征值得量测，直观现象观测就是利用数码相机、摄像机通过透明的PVC板2对设置的实验特征点的试验效果进行拍照摄影，并通过在PVC板2上设置的量测布置量取实验数据；外部特征值量测主要是通过千分表、经纬仪及其附属设施对实验中的特征点进行相关监测，具体的设置要根据具体实验进行设置。

所述内部量测部分主要包括应变仪、土压力盒、空隙压力计、孔隙水压力计、张力计等仪器及其附属构造和连接导线，具体设置要根据具体实验要求进行设置。

所述数据采集部分主要是用于采集整理上述仪器的数据，有台式电脑一台和与上述各种仪器匹配的数据采集箱，有些数据采集箱可以通过USB数据线与电脑主机相连，有些就可以通过插上U盘进行自动数据采集传输，具体设置要根据具体实验要求进行设置。

基于本侧向位移式多功能模型槽实验系统的灵活性，可以根据技术人员具体实验要求进行与边坡、桩基、隧道等领域相关室内模型试验，比如可以先将模型槽的活动板墙3去掉，再模型槽上方加上降雨装置，就可以研究与滑坡相关问题；而将活动挡板墙3固定，在模型槽内部填土，加进去桩基模型，就可以研究与桩基相关问题。

以上所述仅为结合上述实验方案实例进行说明而已，并不用于限制本技术方案，对于本领域的技术人员来说，所有各种变化和更改均应包含在本技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种侧向位移式多功能模型槽实验系统，其特征是：该模型槽实验系统包括有模型槽部分、实验加载部分、数据量测部分；模型槽部分与实验加载部分通过螺栓连接，数据量测部分通过螺钉固定在模型槽部分上。

2.根据权利要求1所述的侧向位移式多功能模型槽实验系统，其特征是：所述模型槽部分包括长方体的槽体，所述槽体包括外框架（1）、PVC板（2）、活动挡板墙（3）、底部钢板（4）和背侧钢板（5）、加劲肋（6）、拉撑（11），所述外框架（1）通过角钢连接而成，PVC板（2）通过螺钉固定在外框架（1）的两外侧加劲肋（6）上，活动挡板墙（3）放在外框架（1）内侧长度方向端部，底部钢板（4）和背侧钢板（5）焊接在外框架（1）内侧的底部和背侧，在外框架（1）两外侧长度方向分别设置相互垂直的竖向和水平的加劲肋（6），外框架的背侧设有竖向的加劲肋（6），在外框架（1）顶部通过螺栓连接有两道拉撑（11）。

3.根据权利要求2所述的侧向位移式多功能模型槽实验系统，其特征是：所述PVC板（2）内侧粘贴有坐标网格纸，顶侧画有刻度线。

4.根据权利要求2所述的侧向位移式多功能模型槽实验系统，其特征是：所述活动挡板墙（3）包括垫板（8）、导向杆（10）、格栅（13）、过渡力撑（14），所述垫板（8）、格栅（13）和过渡力撑（14）均连接在活动挡板墙（3）外侧中间部位，在活动挡板墙（3）的对角线四分点处设有四根导向杆（10）。

5.根据权利要求4所述的侧向位移式多功能模型槽实验系统，其特征是：所述导向杆（10）为L形杆，导向杆（10）的一端穿透活动挡板墙（3），另一端连接在外框架（1）两外侧的加劲肋（6）上。

6.根据权利要求1所述的侧向位移式多功能模型槽实验系统，其特征是：所述实验加载部分包括千斤顶、反力架（7）和位移控制器（9），千斤顶固定在托架（17）上，在反力架（7）的横梁水平中线的两个三分点处设有两孔，两孔内分别穿入位移控制器（9），反力架（7）的截面为［形，在反力架（7）的拐角处焊接斜撑（16），反力架（7）的横梁中间部位连接有垫片（18）和托架（17）。

7.根据权利要求6所述侧向位移式多功能模型槽实验系统，其特征是：所述位移控制器（9）包括一个带手柄的螺杆和与螺杆配合的两组螺母（15），两组螺母（15）分别套在反力架（7）横梁的两侧。

8.根据权利要求1所述的侧向位移式多功能模型槽实验系统，其特征是：所述数据量测部分包括相互连接的外表量测部分、内部量测部分以及数据采集部分。

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